工程師常用產品工作原理詳解

MOS 場效應管也被稱為MOS FET，既Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（金屬氧化物半導體場效應管）的縮寫。它一般有耗盡型和增強型兩種。本文使用的為增強型MOS 場效應管，其內部結構見圖5。它可分為NPN型PNP型。NPN型通常稱為N溝道型，PNP型也叫P溝道型。由圖可看出，對于N溝道的場效應管其源極和漏極接在N型半導體上，同樣對于P溝道的場效應管其源極和漏極則接在P型半導體上。我們知道一般三極管是由輸入的電流控制輸出的電流。但對于場效應管，其輸出電流是由輸入的電壓（或稱電場）控制，可以認為輸入電流極小或沒有輸入電流，這使得該器件有很高的輸入阻抗，同時這也是我們稱之為場效應管的原因。

圖6

為解釋MOS 場效應管的工作原理，我們先了解一下僅含有一個P—N結的二極管的工作過程。如圖6所示，我們知道在二極管加上正向電壓（P端接正極，N端接負極）時，二極管導通，其PN結有電流通過。這是因為在P型半導體端為正電壓時，N型半導體內的負電子被吸引而涌向加有正電壓的P型半導體端，而P型半導體端內的正電子則朝N型半導體端運動，從而形成導通電流。同理，當二極管加上反向電壓（P端接負極，N端接正極）時，這時在P型半導體端為負電壓，正電子被聚集在P型半導體端，負電子則聚集在N型半導體端，電子不移動，其PN結沒有電流通過，二極管截止。

圖7a 圖7b

對于場效應管（見圖7），在柵極沒有電壓時，由前面分析可知，在源極與漏極之間不會有電流流過，此時場效應管處與截止狀態(tài)（圖7a）。當有一個正電壓加在N溝道的MOS 場效應管柵極上時，由于電場的作用，此時N型半導體的源極和漏極的負電子被吸引出來而涌向柵極，但由于氧化膜的阻擋，使得電子聚集在兩個N溝道之間的P型半導體中（見圖7b），從而形成電流，使源極和漏極之間導通。我們也可以想像為兩個N型半導體之間為一條溝，柵極電壓的建立相當于為它們之間搭了一座橋梁，該橋的大小由柵壓的大小決定。圖8給出了P溝道的MOS 場效應管的工作過程，其工作原理類似這里不再重復。

圖8

下面簡述一下用C-MOS場效應管（增強型MOS 場效應管）組成的應用電路的工作過程（見圖9）。電路將一個增強型P溝道MOS場效應管和一個增強型N溝道MOS場效應管組合在一起使用。當輸入端為低電平時，P溝道MOS場效應管導通，輸出端與電源正極接通。當輸入端為高電平時，N溝道MOS場效應管導通，輸出端與電源地接通。在該電路中，P溝道MOS場效應管和N溝道MOS場效應管總是在相反的狀態(tài)下工作，其相位輸入端和輸出端相反。通過這種工作方式我們可以獲得較大的電流輸出。同時由于漏電流的影響，使得柵壓在還沒有到0V，通常在柵極電壓小于1到2V時，MOS場效應管既被關斷。不同場效應管其關斷電壓略有不同。也正因為如此，使得該電路不會因為兩管同時導通而造成電源短路。

圖9

由以上分析我們可以畫出原理圖中MOS場效應管電路部分的工作過程（見圖10）。工作原理同前所述。這種低電壓、大電流、頻率為50Hz的交變信號通過變壓器的低壓繞組時，會在變壓器的高壓側感應出高壓交流電壓，完成直流到交流的轉換。這里需要注意的是，在某些情況下，如振蕩部分停止工作時，變壓器的低壓側有時會有很大的電流通過，所以該電路的保險絲不能省略或短接。